关键词： SiC晶须   一维纳米材料   阵列结构   热蒸发  

摘要： 碳化硅(SiC)纳米晶须不仅拥有SiC材料的宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子迁移率等特点，而且还兼具了晶须的一系列优良特性，以及一维纳米材料在光、电、热、磁及机械性能等方面不同于普通块体材料的奇特性质，在光学材料、复合材料、传感器、催化剂等方面有重要应用，具有有序阵列结构的SiC纳米晶须还可能成为新一代高分辨的显示材料和发光材料。对有阵列结构的一维SiC纳米晶须的制备、性能、生长机理及应用进行系统研究不论在科研还是实际应用方面都具有重要的意义。 本文主要围绕有阵列结构的一维SiC纳米晶须的制备展开，采用纯硅熔体的热蒸发法，在无催化剂作用的情况下，在碳纤维和石墨片等不同碳源的基体上，合成了多种不同形貌的SiC纳米晶须阵列；测试并分析了合成产物的组分、结构、光致发光性能；研究了实验条件对形貌及阵列结构的影响；并在此基础上，对其生长机理进行了探讨。 研究结果表明，碳源及真空度的不同对SiC晶须的形貌及阵列结构有重大影响：碳纤维基体上制得的SiC晶须具有针尖状的头部形貌，呈试管刷状阵列结构，而石墨片上合成的SiC晶须呈六棱柱状形貌，取向较不规整，但基本具有垂直石墨片表面的阵列结构；碳纤维上合成SiC晶须对真空度的要求较高，只在低真空下能制得大量产物，而石墨片上则在高和低真空下均能合成大量SiC晶须。生长温度对实验结果影响不大，温度的不同对晶须生长的快慢有所影响，进而体现在所制得的晶须的长短上有所不同。反应时间不同，得到不同反应阶段的产物，从其形貌上的区别，结合实验事实分析了不同形貌SiC纳米晶须的形成机理。此外，在各种不同实验条件下制得的一些有特殊形貌的产物，经分析，特殊形貌的形成与制备方法、碳源的结构、基体的表面光洁度、真空度、实验过程中的气体流动情况等因素有关。 论文还对两种碳源基体上制得的SiC纳米晶须进行室温下的光致发光(PL)实验，以研究其发光性能。结果表明SiC纳米晶须PL峰均发生了蓝移，这可能是量子尺寸效应所导致的，当然，进一步的研究是必要的。 采用无催化剂纯硅熔体的热蒸发法制备SiC纳米晶须，原材料易得，方法简便，所得到的SiC纳米晶须呈阵列结构，是SiC纳米材料制备的有意义的尝试。

关键词： 炭黑   分散   碳化硅晶须   改性树脂   性能  

摘要： 本文研究了炭黑在硅溶胶中的分散以及溶胶-凝胶法制备了碳化硅晶须,同时也研究炭黑在酚醛树脂中的分散及各种改性树脂的制备,探讨了改性树脂对低碳镁碳砖性能的影响。 以炭黑和硅溶胶为主要原料,采用溶胶-凝胶法制备了碳化硅晶须。研究了分散剂对炭黑分散性能的影响;探讨了不同的炭黑与二氧化硅的摩尔比、合成温度及催化剂对碳化硅晶须形成的影响。结果表明,炭黑与分散剂的质量比为1:0.45时炭黑的分散最好;碳化硅晶须的形成温度高于1550℃,当温度达到1600℃时,反应产物均是碳化硅;当炭黑与二氧化硅的摩尔比为3.3时,碳化硅晶须形成的量最多,且晶须较细较长;引入FeO作为催化剂,能降低SiC的生成温度,同时对SiC的形貌有很大影响。 以炭黑、BC、纳米SiO、热固性酚醛树脂、电熔镁砂、超细石墨为主要原料,研究炭黑在树脂中最佳分散以及以炭黑、BC、纳米SiO作为改性剂对酚醛树脂进行改性,以此为基础,研究改性树脂对低碳镁碳砖性能的影响。结果表明,当炭黑、酚醛树脂、分散剂的质量比为1:4:0.7时,炭黑在树脂中的分散效果最好;作为改性剂,炭黑、纳米SiO、BC+纳米SiO+炭黑使得树脂的残碳量减少,BC使得树脂的残碳量增加,改性树脂碳的抗氧化性能提高;以BC改性树脂为结合剂的镁碳砖表现出良好的常温力学性能。

关键词： 二硅化钼   碳化硅晶须   烧结动力学   韧化   热震   动态氧化  

摘要： 金属间化合物MoSi2由于具有优异的高温抗氧化能力,而成为新一代航空发动机热端部件的热门候选材料。但MoSi2的室温断裂韧性低,高温强度不足使其还不能立即应用于该领域。并且航空发动机热端部件的服役环境非常恶劣,需经受温度的急剧变化和高温燃气流的冲刷。所以MoSi2的抗热震性和抗动态氧化能力也是必须考察的重点。 碳化硅晶须（SiCw）是缺陷很少的陶瓷单晶体,它具有很大的长径比。因此碳化硅晶须具有优异的力学性能,其拉伸强度达到14GPa,弹性模量能够达到700GPa,是一种很理想的陶瓷增韧体。采用SiCw增韧MoSi2,改善MoSi2的本征脆性,并提高其抗热震性具有重大的实用价值。 为提高MoSi2粉体烧结的本征驱动力,采用湿法球磨的方法将MoSi2粉体的中位粒径降低到1.80μm。选用非离子型分散剂聚乙二醇和无机电解质类分散剂焦磷酸钠做为SiCw的分散剂,选用无水乙醇做为SiCw的分散介质。采用超声振动加球磨混合的方法对SiCw进行分散。实验结果表明SiCw在基体MoSi2中的分散效果良好。在1600℃的烧结温度和30MPa的烧结压力下,保温时间1h热压烧结制备了MoSi2\SiCw和MoSi2\SiCp复合材料。通过对体系的烧结动力学研究,发现SiCw含量为30vol%的试样的致密化速率曲线明显不同于SiCw含量为20vol%和10vol%的试样。晶须含量对烧结致密化影响明显,而晶须的形状对烧结的影响不明显。 通过力学性能的测试发现SiCw的加入明显改善了MoSi2的力学性能。复合材料的断裂韧性随SiCw含量的提高而上升。由于SiCw竹节状的外形和热膨胀失配引起的残余压应力,SiCw和MoSi2界面解离困难,限制了晶须桥联和晶须拔出等重要韧化机制作用的发挥。主要的韧化机制是裂纹偏转、晶粒细化和残余应力韧化。 使用氧-乙炔烧蚀实验装置考察材料的抗热震能力和动态氧化能力。理论计算表明:强度的提高是MoSi2\SiCw复合材料抗热冲击断裂性提高的主要原因,而热膨胀系数降低则是MoSi2抗热震损伤性提高的主要原因。尽管理论计算表明SiCw的加入能提高MoSi2的抗热震性,但在实际的热震测试中,试样均发生了热震破坏。即使是SiCw含量高达30vol%的MoSi2\SiCw复合材料也还是不能有效地抵抗热冲击破坏。 1710℃动态氧化条件下MoSi2\SiCw表面生成致密的SiO2保护层,4min内没有烧蚀。1817℃,表面的SiO2氧化层发生了严重退化。

关键词： 炭/炭复合材料   防氧化涂层   包埋法   料浆法   碳化硅晶须   硅化物   玻璃涂层   氧化行为   失效机理  

摘要： 炭／炭（C／C）复合材料具有优异的高温性能，在航空航天等领域有极其广阔的应用前景。高温易氧化是C／C复合材料作为热结构材料使用的瓶颈问题，而防氧化涂层是解决这一难题的有效手段。本文以研制C／C复合材料高温防氧化涂层为研究目标，采用包埋法、料浆法等制备了SiC晶须增韧硅化物涂层以及SiC／玻璃双层涂层，借助XRD、SEM、EDS等测试手段分析了涂层的相组成、微观形貌与元素分布，考察了涂层的防氧化与抗热震性能，研究了热震与氧化对涂层试件力学性能的影响，并对涂层的防氧化机理与失效原因进行了研究，主要研究内容与结果如下： 采用两次包埋法制备出SiC-CrSi2双相涂层，研究了该涂层的微观结构及防氧化性能，着重探讨了Si／Cr比对涂层微观结构及抗氧化性能的影响，表明CrSi连续相有效填充了SiC涂层中的孔隙与裂纹，提高了涂层的致密性；随着包埋原料中Cr／Si质量比的增大，涂层中SiC含量逐渐减少，CrSi2连续相含量增加，裂纹尺寸增大；防氧化能力表现出先提高后降低的趋势。 采用料浆法与包埋法制备出SiC晶须增韧SiC-CrSi2涂层，研究了SiC晶须含量对涂层微观结构、抗氧化性能及抗热震性能的影响；讨论了SiC晶须增韧SiC／Si-Cr涂层试件在不同温度下的氧化行为，并对涂层的氧化失效机制进行了分析，结果表明：随着料浆中SiC晶须含量的增加，制备的SiC晶须增韧SiC-CrSi2涂层裂纹尺寸减小，厚度降低，涂层中CrSi2相含量先增后减，涂层防氧化能力表现出先提高后下降的趋势；当SiC晶须含量为15wt．％时，涂层具有较好的防氧化与抗热震性能，且该涂层在1500℃时表现出相对较好的防氧化能力，氧化50小时后涂层试件失重率仅为0.66％；涂层试件的氧化失重主要是山于在高温←→室温的热循环过程中氧通过涂层中的裂纹扩散至基体表面氧化C／C所引起的。 采用料浆法与包埋法制备出SiC晶须增韧Si-SiC涂层，着重研究SiC晶须含量对涂层微观结构、抗氧化性能及抗热震性能的影响；并对涂层制备工艺进行了优化，研究SiC晶须增韧Si-SiC涂层试件热疲劳行为，分析涂层的氧化失效机制，结果表明：涂层中游离硅的存在有利于阻碍裂纹的扩展，在涂层与基体界面处形成了一层SiC-C梯度过渡层；SiC晶须含量为10wt．％制备的SiC晶须增韧Si-SiC涂层具有优良的防氧化性能，在1500℃静态空气中可对C／C复合材料有效保护310小时以上，在1600℃静态空气中可对C／C复合材料有效保护128小时；涂层试件经历1600℃静态空气3分钟←→100℃沸水热循环50次后试件失重2.76％，弯曲强度保持率为74.5％，其失重和弯曲强度下降是由于C／C基体被氧气和水蒸气氧化引起的。 采用料浆法与包埋法相结合，在C／C复合材料表面制备出SiCw晶须增韧MoSi2-SiC-Si多相涂层，探讨了晶须含量、制备温度等对涂层微观结构及防氧化性能的影响规律，研究了涂层对试件力学性能的影响，结果显示：当SiCw含量为10wt．％，料浆法制备温度为1800℃，包埋法制备温度为2000℃所制备的涂层具有较为理想的防氧化性能，1500℃静态空气中氧化240小时后的氧化失重率仅为0.33％；试件的弯曲强度提高，经1500℃←→室温热震10次以及1500℃氧化60分钟后，涂层试件的弯曲强度保持率分别为81.97％和89.63％，涂层试件氧化后弯曲强度下降主要是由于环境中的氧通过涂层中的裂纹与孔洞等缺陷扩散而氧化C／C基体所引起的。 采用两次包埋法制备出B2O3改性SiCw-MoSi2-SiC涂层，研究了B2O3含量对涂层性能的影响，结果表明，当B2O3含量为5％时，涂层具有较好的防氧化能力，经1500℃氧化242小时后试件增重0.18％。该涂层在1600℃←→400℃变温氧化阶段防氧化能力较差的原因是涂层在800℃附近存在尺寸较大的开放性裂纹。 以硅溶胶为粘结剂，以B4C和玻璃粉为主要原料，采用料浆法在C／C复合材料SiC内涂层表面制备出适用于900℃防氧化的玻璃外涂层，研究了B4C含量及SiC内涂层结构对涂层性能的影响，分析了涂层的防氧化失效原因，结果显示：B4C含量为10wt．％以及SiC内层为采用两步包埋法制备的致密涂层时，SiC／玻璃涂层具有较好的防氧化性能，试件在900℃静态空气中氧化100小时后失重率仅为0.14％，玻璃涂层在氧化温度下的缓慢挥发是涂层试件在氧化过程中表现为微量失重的主要原因。 采用料浆法在多孔β-SiC过渡层表面制备出适用于1300℃防氧化的玻璃密封层，研究了涂层的微观结构及防氧化性能，分析了涂层氧化失效机制。密封层的结构为MoSi2相分散于硼硅酸盐玻璃相中；

关键词： 碳化硅晶须   制备   无限微热源法   性能  

摘要： 采用气(V)-液(L)-固(S)反应法(简称VLS法),用廉价的煤、石英、石油焦、石墨等为原料在无限微热源炉中成功合成出具有高强度、高硬度和高结晶性能的碳化硅材料;该材料可广泛用作耐磨材料,耐高温材料,半导体电子材料以及航天航空所需的增强增韧型特种复合材料。并运用SEM,XRD,Zeta等分析测试技术对S iCw和S iCp的形态、显微结构和Zeta电位等性能进行了研究。

关键词： 碳化硅晶须   MoSi2   纤维增强复合材料   火花等离子体烧结   COSHS技术   粉末   制备  

摘要： SiC whisker reinforced MoSi2 composite powder was synthesized by a novel process, referred to the literature as chemical oven self-propagating high temperature synthesis(COSHS). The as-prepared SiCw/MoSi2 composite powder was rapidly sintered by spark plasma sintering(SPS) process. The sintering temperature and pressure were 1 723 K at heating rate of 100 K/min and 40 MPa, respectively. The microstructure and mechanical properties of the composite were investigated. Relative densities of the monolithic material and composite are 95% and 99.3%, respectively. SEM micrographs of SiCw/MoSi2 composite show that SiC whiskers homogeneously distribute in MoSi2 matrix. The composite containing SiC whisker has higher Vicker hardness than monolithic MoSi2. Especially the room-temperature fracture toughness of the composite is higher than that of MoSi2, from 3.6 MPa·m1/2 for MoSi2 to 7.7 MPa·m1/2 for composite with 15% SiC(volume fraction), increased by 113.9%. The morphology of propagation of crack and fractured surface of composite reveal the mechnaism to improve fracture toughness of MoSi2 matrix. The results show that the in-situ SiCw/MoSi2 composite powder prepared by COSHS technique can be successfully sinterded through SPS process and significant improvement of low temperature fracture toughness can be achieved.

关键词： 碳化硅晶须   制备   碳纤维   诱导   炭化稻壳  

摘要： A new way to prepare SiC whiskers through the induction of carbon fiber was suggested. With the processing steps of opening furnace firstly and then shutting it, rice hall, as the only raw material, was carbonified to get excess quantity of Si in rice hull. After a certain catalyzer was added, SiC whiskers were prepared by means of the induction of carbon fiber. The component and morphology of the whisker were analyzed by XRD, SEM and TEM. The results reveal that the diameters of the whiskers range in 0.5-2μm and their lengths in 100-500μm. The whiskers are straightβ-SiC crystals with smooth surface. The whisker is homogeneous and its productivity is 100%. Two kinds of formation mechanisms, both VLS mechanism and vapor formation mechanism, are involved during the growth of the whiskers. But the vapor formation mechanism relatively plays a key role.

关键词： 硅橡胶   氮化硅   碳化硅晶须   热导率   热膨胀系数  

摘要： 以甲基乙烯基硅橡胶为基胶,选用不同粒径氮化硅粒子和碳化硅晶须为填料制备了导热硅橡胶。研究表明:大小粒子以最佳比例进行混合填充时橡胶可获较高热导率,并采用Hasselman模型和等效粒径概念来研究混合粒子体系的热导率;将碳化硅晶须和氮化硅粒子并用,在较低用量下体系呈现较高热导率。此外,随混合填料用量增加橡胶热膨胀系数降低,热稳定性提高。

关键词： 碳化硅   制备方法   无限微热源法   性能  

摘要： 目前生产SiCw(碳化硅晶须)和SiCP(碳化硅颗粒)的方法主要有气相反应法和固体材料法两大类。气相反应法中应用最为普遍的是气相沉积法(CVD法);固体材料法生产SiCw主要有气(V)-液(L)-固(S)反应法(简称VLS法)和气(V)-固(S)反应法(简称VS法)。固体材料法生产出的碳化硅产品尤其是SiCw,主要用作高强度、高硬度结构材料的增强、增韧。使用SiCw与SiCP增韧、增强的材料,可广泛用于航空航天、军事和民用等众多工业领域。本文采用VLS法,在无限微热源炉中成功合成了碳化硅晶须,运用SEM,XRD,Zeta等分析测试技术对SiCw的形态、显微结构和Zeta电位等性能进行了研究。

关键词： 陶瓷膜   碳化硅晶须   支撑体   水处理   溶胶凝胶法  

摘要： 陶瓷膜具有热稳定性好、机械强度高、化学稳定性好、耐微生物腐蚀、易于清洗等优点，近年来，在水处理领域得以快速推广应用。用于水处理的陶瓷膜包括三个部分，支撑体、过渡层和分离层。\n 采用碳化硅晶须增韧支撑体，从而提高整个陶瓷膜的韧性。以氧化铝作骨料、以晶须作增韧剂、高岭土作助烧剂和淀粉作造孔剂，模压成型，高温烧结，得到复合氧化铝陶瓷支撑体。\n 分离层采用溶胶-凝胶法制备，以异丙醇铝作先驱体、水为溶剂、硝酸作胶溶剂，85℃下恒温搅拌25h制得稳定透明的勃姆石溶胶，在溶胶中添加分散剂、消泡剂制得均匀性非常好的分离层。\n 研究了增韧剂碳化硅晶须、助烧剂高岭土、造孔剂淀粉的添加量和成型压力对支撑体各项性能影响，分析比较了各种分散剂和消泡剂对溶胶性质的影响。结果表明：(1)碳化硅晶须和氧化铝按质量比2∶3混合作为骨料，可以使支撑体的韧性大幅度提高，抗弯强度从4MPa/m2提高到13.6MPa/m2，并且使支撑体的孔径更加均匀；(2)由于单纯依靠晶须的架桥作用形成的孔径不能满足要求，支撑体中加入淀粉作为造孔剂，加入量为10％；(3)为了降低烧结温度，添加了助烧剂高岭土，加入量20％时效果最佳；(4)成型压力对支撑体性能的影响也比较大，压力过大影响支撑体的孔隙率，压力过小影响支撑体强度，实验选择成型压力为4Mpa；(5)以异丙醇铝为先驱体制备溶胶时，水铝摩尔比为100∶1，水解温度在85℃，回流搅拌25小时以上，可得到澄清的溶胶；(6)通过添加0.15％的分散剂Disponer-W511，0.02％的消泡剂DformW-0506，可以大大提高膜的均匀性。\n 实验证明，与现有方法制备的陶瓷膜相比在性能上有较大的提高。抗弯强度超过13MPa/m2、抗压强度超过11MPa、容重在1.5左右、酸碱腐蚀重量损失率均小于1％。膜孔径在0.1-1μm之间，平均孔径为0.4μm。0.1MPa压力下，清水通量为0.05ml/cm2·min，0.2MPa压力下，清水通量为0.